Русский
EnglishЭкспериментальное исследование возможности применения стенки плавательного пузыря рыб в качестве биоимпланта
ID: 2016-12-6-A-10869
Оригинальная статья
1 - ФГБОУ ВО Пензенский государственный университет; 2 - ООО Центр доклинических исследований
Резюме
Цель: Исследовать возможность применения стенки плавательного пузыря в качестве биоимпланта. Материал и методы: экспериментальное исследование осуществлялось на 16 крысах породы «Вистар», они были разделены на 2 равные группы: 1 группе имплантировали ксеноперикард, 2 группе имплантировали стенку плавательного пузыря рыб. Сроки вывода животных из эксперимента - 14 суток и 30 суток. Результаты: при гистологическом исследовании было выявлено, что стенка плавательного пузыря не вызывала выраженной воспалительной реакции, обладала слабой биодеградацией и относительно хорошей биоинтеграцией. Заключение: Таким образом, стенка плавательного пузыря показала характеристики, не уступающие характеристикам ксеноперикарда, наиболее распространенного материала для биоимплантов. Данный факт подтверждает необходимость дальнейшего исследования и внедрения в практику биоимплантов на основе стенки плавательного пузыря рыб.
Ключевые слова
барьерная мембрана, коллаген, биоимплант
Введение
В настоящее время во всем мире проводится колоссальное количество операций с использованием ксенотрансплантатов. Наиболее распространены пластины на основе коллагена животного происхождения (1–3). Данный трансплантат наиболее востребован в таких областях медицины, как стоматология, травматология, полостная хирургия, сердечно-сосудистая хирургия и др. Пластина на основе коллагена способна выполнять роль как барьерной мембраны, так и, своего рода, заплатки для восстановления целостности органов и тканей. В сердечно-сосудистой хирургии с использованием подобных материалов изготавливаются искусственные биологические клапаны сердца. Данные трансплантаты представляют собой непрозрачную пластину, состоящую из коллагена, толщиной 1–2 мм, прямоугольной формы, вариабельных размеров. Наиболее часто для изготовления данныхимплантовиспользуется телячий перикард, который проходит многостадийную обработку, стерилизуется и упаковывается. Реже для производства биоимплантов используется подслизистая основа тонкой кишки свиньи, твердая мозговая оболочка, надкостница (1–5). Некоторые производители, в целях сохранения коммерческой тайны, не распространяются об используемом ими сырье. Ведущие позиции среди существующих ксенотрансплантатов занимают компании Bio-Gide (Швейцария), Alpha-Bio’s GRAFT (Израиль), Кардиоплант (Россия). Стоит отметить, что цена на импортные материалы достаточно значительна. Данный факт существенно снижает возможность применения этих продуктов в более широком кругу медицинских учреждений. К тому же, далеко не все материалы, существующие сегодня на рынке способны удовлетворить все необходимые требования. Как правило, риск возникновения осложнений и отторжений сохраняется даже у дорогостоящих материалов. Связано это главным образом с проблемами, возникающими при обработке сырья, особенно на этапах децеллюляции и консервации (6–8). Также, используемый при обработке подобного рода ксенотрансплантатов глютаровый альдегид, в результате недостаточной промывки материала, может способствовать отторжению импланта и вызывать склонность к кальцификации пластины. Именно поэтому проблема поиска и исследования новых видов ксеноматериалов остается открытой.
Наиболее перспективной разработкой на данном этапе, по нашему мнению, является пластина на основе коллагена первого типа животного происхождения, сырьем для изготовления которого является плавательный пузырь пресноводных рыб.
Цель
Исследовать возможность применения стенки плавательного пузыря в качестве биоимпланта.
Материал и методы
Экспериментальное исследование было осуществлено на базе центра доклинических исследований группы компаний «МедИнж» (г. Пенза). Исследование проводилось на 16 половозрелых крысах породы «Вистар» весом 200–250 г. Плавательный пузырь пресноводных рыб подвергался обработке, согласно разработанному нами методу децеллюляции и снижению антигенности, без применения ферментов и глутарового альдегида. Для проведения контроля использовался телячий ксеноперикард, который обрабатывался тем же методом. Полученный материал имплантировался лабораторным животным. В асептических условиях под эфирным наркозом производился разрез в области средней трети живота, материал устанавливался под кожу крысы латеральнее места доступа.
В 1 группе (8 животных) экспериментальным животнымустанавливались коллагеновые пластины на основе плавательного пузыря рыб, предварительно прошедшие стерилизацию путем длительного выдерживания в спиртах. Во 2 группе (8 животных) экспериментальным животным устанавливались коллагеновые пластины на основе ксеноперикарда, также стерилизовавшиеся в спиртах. Во избежание лигатурных осложнений материал не подшивался к окружающим тканям, находясь в расправленном состоянии между кожей и передней брюшной стенкой на момент ушивания раны.
Экспериментальные животные содержались в виварии, выводились из эксперимента на 14-е, 30-е сутки путем усыпления животного до полного обездвиживания и декапитации. Для гистологического исследования выполнялся забор материала с прилежащими мягкими тканями. Полученные фрагменты тканей подвергались стандартной проводке с последующей заливкой в парафиновые блоки. С каждого блока получали по 5 микропрепаратов, толщиной 7 мкм. Окраска производилась гематоксилином и эозином и по Ван–Гизону. Исследование микропрепаратов осуществлялось при помощи микроскопа LeicaDM-1000, снабженного фотонасадкой Nikon с разрешением 7 мегапикселей.
Результаты
При гистологическом исследовании контрольной группы (ксеноперикард) на 14 сутки, были выявлены следующие результаты.
При исследовании контрольных образцов отмечалась слабо выраженная лимфогистиоцитарная инфильтрация. Также отмечались активные процессы биоинтеграции, а именно, отмечалось прорастание собственной соединительной ткани в имплантат в среднем по 25% от исходной толщины имплантата, с каждого края, таким образом, в среднем 50% от толщины пластины подвергалась процессам биоинтеграции (рис. 1.А.). В свою очередь процессы биодеградации были не столь активны в среднем занимали не более 10% от исходной толщины пластины. По периферии ксеноперикардиальной пластины отмечались активные процессы неоангиогенеза.
При анализе микрофотографий стенки плавательного пузыря, было выявлено, что воспалительный процесс в месте имплантации практически отсутствовал (рис. 1.Б.). Также, как и в контрольной группе материал подвергался процессам биоинтеграции, с той лишь разницей, что общая площадь данных процессов не превышала 30-40% от общей толщины данного имплантата. Причем биоинтеграция была не столь стремительной и врастание отмечалось единичными фиброцитами, которые проникали между коллагеновых волокон имплантата. Процессы биодеградации практически отсутствовали и отмечались лишь только по краю имплантата. На некотором удалении от имплантата в собственной соединительной ткани выявлялись новообразованные кровеносные сосуды (неоангиогенез).
При гистологическом исследовании контрольной группы (ксеноперикард) на 30 сутки, были выявлены следующие результаты (рис. 2.А.).
Лимфогистиоцитарная инфильтрация практически отсутствовала. Продолжались активные процессы биоинтеграции, а именно, отмечалось прорастание собственной соединительной ткани в имплантат в большей части пластины на всю ее толщину (рис. 2.А.). А процессы биодеградации также не столь активны в среднем занимали не более 15-20% от исходной толщины пластины. По периферии ксеноперикардиальной пластины отмечались активные процессы неоангиогенеза.
При изучении микрофотографий стенки плавательного пузыря, было выявлено, что воспалительный процесс в месте имплантации отсутствовал. Также, как и в контрольной группе материал подвергался процессам биоинтеграции, общая площадь данных процессов не превышала 50% от общей толщины данного имплантата. Причем биоинтеграция была не столь стремительной и врастание отмечалось единичными фиброцитами, которые проникали между коллагеновыми волокнами имплантата. Процессы биодеградации практически отсутствовали и отмечались лишь только по краю имплантата (рис. 2.Б.). Вблизи от имплантата в собственной соединительной ткани выявлялись новообразованные кровеносные сосуды (неоангиогенез).
Обсуждение
В результате проделанной работы было выявлено, что коллагеновая пластина на основе коллагена 1 типа (из стенки плавательного пузыря рыб), по своим биологическим характеристикам не уступает, а в некоторых случаях превосходит ксеноперикардиальные имплантаты. Преимущество предлагаемых имплантатов заключается в более длительной биодеградации материала и более «плавной» биоинтеграции. Причем подобных характеристик можно достичь и в ксеноперикардиальных пластинах, но при применении глутарового альдегида, который сшивает волокна и делает имплантат, более устойчивым к биоинтеграции и биодеградации. Однако в последнее время высказываются мнения о том, что глутаровый альдегид способствует кальцинозу и другим негативным проявлениям, которые могут привести к повреждению имплантата и даже его отторжению. Предлагаемый нами материал, проявляя свойства биоустойчивого материала, не подвергался обработке глутаровым альдегидом, что существенно снижает риск отторжения имплантата и других негативных последствий.
Заключение
Таким образом, разработка и исследование материала на основе коллагена первого типа из стенки плавательного пузыря пресноводных рыб является одним из наиболее перспективных направлений при создании биоимплантов нового поколения (при производстве которых не используются ферменты и глутаровый альдегид).
Конфликт интересов. Работа выполнена в рамках проектов ФГБОУ ВО «ПГУ», конкурса «Ректорские гранты 2015».
Литература
1. Сравнительный анализ использования аутотрансплантата из связки надколенника и учетверенного сухожильного трансплантата m. semitendinosus и m. gracilis для пластики ПКС / Д.С. Афанасьев, А.В. Скороглядов, С.С. Копенкин [и др.] // VIII конгресс Российского артроскопического общества: программа и тезисы / Под ред. акад. РАН и РАМН Миронова С.П. СПб.: Изд-во Человек и его здоровье, 2009. 104 с.
2. Сравнительная оценка степени фиксации фибробластов на синтетических эндопротезах, используемых для пластики дефектов передней брюшной стенки / В.Н. Егиев [и др.] // Герниология. 2006. № 2. С. 37–41.
3. Морфология тканей при использовании протезов из полипропилена и политетрафолена / С.В. Иванов, И.С. Иванов, А.А. Должников [и др.] // Анналы хирургии. 2009. № 3. С. 59–64.
4. Каплунов О.Ф. К истории оперативного восстановления крестообразных связок коленного сустава //Травматология и ортопедия в России. 2007. № 1. С. 74.
5. Сетчатые импланты из половинилиденфторида в лечении грыж брюшной стенки / В.М. Седов, А.А. Гостевской, С.Д. Тарбаев [и др.] // Вестник хирурги. 2008. № 2. С. 16–21.
6. Изучение in vivo свойств ксеноперикарда, прошедшего различную обработку химико-ферментативным методом / О.В. Калмин, Л.В. Живаева, А.А. Венедиктов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2013. № 2. С. 15–24.
7. Ланина С.Я. Методологические и методические вопросы гигиены и токсикологии полимерных материалов и изделий медицинского назначения. Научный обзор. М. 1982. С. 61–86.
8. Севастьянов В.И. Биоматериалы, системы доставки лекарственных веществ и биоинженерия // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2009. Т. XI, № 3. С. 69–80.
Рисунки
<p>
Рисунок 1. 14 сутки, окраска гематоксилином и эозином, х200; А. Контроль (ксеноперикард); Б. Плавательный пузырь рыб</p>
<p>
Рисунок 2. 30 сутки, окраска гематоксилином и эозином, х200; А. Контроль (ксеноперикард); Б. Плавательный пузырь рыб</p>
